接觸算法
關注創建者：博集華仿 創建時間：2019-09-16
接觸算法的視頻教程
LS-DYNA接觸算法原理、設置原則以及各參數含義詳解
本課程詳細介紹了LS-DYNA接觸的算法原理、接觸類型及選取、設置接觸的一般原則以及接觸關鍵字卡片當中各項參數的含義。從原理介紹到實際操作，深入淺出的介紹了LS-DYNA接觸設置的各項環節，使學員達到知其然并知其所以然的境界。
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ABAQUS高級接觸分析精講
本課程從接觸定義與輸出、接觸算法及牛-拉法詳解、接觸公式、接觸收斂調試及結果分析、接觸單元應用、間隙與過盈、預緊力技術、剛體運動與不穩定性等8大方面，對ABAQUS的高級接觸分析進行了全面的精講。共327頁PPT，8課時，460分鐘課程詳解，理論結合多年分析經驗。
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接觸算法的實例教程
RecurDyn接觸算法
接觸計算是一個不斷檢測的過程，在每一個增量步，都需要先通過檢查幾何來判斷接觸狀態是否存在。在確定接觸狀態的情況下，根據穿透深度及其變化來計算接觸力。
1.
幾何表示（Geometry Representation）
在RecurDyn中，根據接觸類型的不同，幾何有不同的含義，連續幾何可以為參數化的線，參數化的面或簡單幾何體；離散幾何可以是多段線或多片組成的面。
2.
檢測方法（Detecting method）
RecurDyn采用的檢測方法包括Boundary Box Technique和Mapping to Cell Array。
3.
步進算法（Stepping Algorithm）
·
Buffer Radius Factor（緩沖半徑因子）：在接觸物體相互靠近直至兩者間距離小于緩沖半徑因子與Action物體半徑之積時，通過最大步長因子來縮減數值積分步長。
·
Maximum Stepsize Factor（最大步長因子）：用于縮減最大步長。
4.
計算穿透深度（Compute penetration）
在仿真分析過程中，RecurDyn需要不斷計算接觸深度。
最大穿透深度的設定是判斷接觸生效與否的一個重要依據：當計算過程中實際的穿透深度小于最大穿透深度時，計算接觸力；一旦檢測到的實際穿透深度大于設定的最大穿透深度，則接觸失效，將不再計算接觸力。
最大接觸深度的設置將影響接觸計算的結果。太大的接觸深度將得到不可信的接觸力，而太小的最大接觸深度也許會導致與實際不符的計算結果。實際穿透深度受到計算不長、相對速度等的影響，合理設置仿真參數是獲得正確結果的關鍵。
5.
計算接觸力（Contac Force）
6.
計算摩擦力（Contact Friction）
展開 TIEBREAK接觸即為帶有失效的TIE（綁定）接觸類型，在有限元分析中，需要使用這種接觸的場合很多，例如可以用于模擬兩種物體之間的粘接層，也可以用于定義不同工況下兩個物體之間相對運動關系，甚至可以用于模擬I型裂紋的擴展。尤其是在模擬粘接層時，這種接觸的定義過程比使用粘聚力單元更為簡單方便，主要體現在參數的選取較少且易得，以及計算效率更高兩方面。
在數值模型中，普通的接觸類型只能傳遞壓力，相互接觸的部件一旦收到拉力就會互相分離。要傳遞拉力就需要使用綁定接觸。TIE接觸可以在界面之間傳遞壓力和拉力，而TIEBREAK接觸則是在TIE接觸的基礎上增加可選的失效準則。對于參加了TIEBREAK的節點而言，還可以參與其他約束類的設置，例如NODAL_RIGID_BODY， SPOTWELD等。此外，TIE接觸是基于約束的接觸類型，而TIEBREAK接觸則是基于罰函數的接觸類型。在定義了TIEBREAK接觸之后，界面兩側的單元無法發生相對滑移。
1.接觸算法
如下圖所示，對于大多數的接觸類型（除了面到面接觸），程序對接觸模型的計算都是始于針對接觸對中從節點和主面段之間相對位置的處理。從節點具有質量；而主面段為三節點或四節點，可以使殼單元，也可以是實體單元的一個面。
通過將從節點沿主面段的法線方向投影，可以在主面段上“收集”到投影后的從節點。一旦成功收集到從節點，那么這一對從節點和主面段就會定義為一個接觸對參加后續的接觸計算。為了成功搜索到主面段邊界附近的從節點投影，還可以通過參數設置來擴展主面段的面積，如下圖所示。對于普通接觸來說，在每一個循環步中都會進行了上述的搜索運算，而對于綁定接觸，則只會在程序開始之初運行一次搜索運算。
根據從節點到主面段的投影距離可以確定此時兩者的相對狀態。
展開 本文我們不討論前處理的邊界非線性的處理，僅討論后臺求解器需要做的接觸求解算法，重點還是在如何將接觸后的約束關系加入到有限元基本方程中，為后面實現帶接觸問題的有限元求解打下基礎。有接觸不一定就是邊界非線性，譬如兩個物體用Tie連接在一起，材料依然是線彈性的，應變也沒超過5%，那么我們可以認為依然是線性問題，也就不存在邊界非線性了。我們認為邊界非線性只是接觸的一種，邊界非線性屬于接觸的一種特殊情況，我們討論的接觸求解算法同樣適用于其它接觸問題。
1.1 整體求解算法
Abaqus Standard的接觸求解的整體流程如下，外層按增量法執行，內層按迭代法執行，其實依然是牛頓迭代的范疇，只不過第二步：Form and solve system of equations與只有幾何非線性的方程不同，此時需要加入接觸的方程的形成和求解。
1.2 包括接觸的有限元方程的組成和求解
無論是否存在接觸，有限元方程的建立都是實際問題的等效。
（1） 在沒有接觸力時
如下圖情況，物體在體外力和面外力作用下變化。
有限元方程按照虛功原理求解，在物理上可解釋能量守恒原理，即在某一個時刻點，假定在外力作用下有個虛擬的位移，那么外力在虛擬位移下做的虛功=內部應變能的變化相同。
（2） 當存在接觸時
當存在接觸時，體積域V和表面積的域包括多個空間獨立的物體。譬如下圖，兩個體的外表面S1，S2發生接觸。
1.2.1 正向接觸
接觸分法向壓力和切向摩擦力，在Abaqus中，如果是法向接觸力，在設置Constraint enforce method時就是選擇接觸算法
可以選擇Direct、Penalty、Augmented Lagrange三種。
展開 接觸約束算法中采用動態約束（kinematic contact）或罰函數法（penalty contact），各位在什么條件下使用的？有什么心得嗎？
對于大多數的接觸問題，在ABAQUS中有通用接觸（General Contact）和接觸對（Contact Pair）兩種算法處理，它們的異同主要體現在用戶交互、默認設置、可選設置三個方面。
總的來說，通用接觸算法的相互作用主體、接觸屬性、接觸面屬性是可以各自獨立地指定，它提供了一個更有彈性的方法去增加模型中接觸的細節。通用接觸算法允許非常自動化的接觸定義，盡管也可以采用傳統的、類似于接觸對算法的方法去交互式定義。對于傳統的接觸對算法，相對于全部包括式的自接觸（Self-contact），接觸對算法的計算效率可能更高，而且使用CAE也能比較方便地建立接觸對。因而這兩種接觸算法的選擇其實就是一個在接觸定義的便利性和計算效率性之間的平衡，它們之間的差異主要有：
一、通用接觸（General Contact）和接觸對（Contact Pair）的默認設置差異
1、接觸離散方式：通用接觸算法使用有限滑動和面對面的離散方式，而接觸對算法使用有限滑動和點對面的離散方式；
2、對殼的厚度和偏移的處理：通用接觸算法自動考慮，接觸對算法在使用點對面的離散方式時不考慮殼的厚度和偏移；
3、接觸的執行：通用接觸算法采用罰函數方法，接觸對算法在使用點對面的離散方式時采用拉格朗日乘數方法；
4、初始過盈量的處理：通用接觸算法采用無應變調整的方法消除過盈量，接觸對算法將過盈量作為穿透在第一個分析增量步處理；
5、主從面指定：通用接觸算法自動指定，接觸對算法必須由用戶指定。
當接觸對算法采用有限滑動和面對面的離散方式時，就沒有前三個差異了。
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代碼層面
OpenRadioss在開發之時，內部的一些數組和進程數有著固定的限制，文件讀寫接口、數值方法、接觸算法、循環與判斷語句、優化算法等均與進程數強綁定。由于這些限制，需要完整找出限制并行擴展的代碼并進行修改，這一工作難度很大。
2.
憑借豐富的材料模型與高效的接觸算法，LS-DYNA能夠為裸機跌落、帶包裝跌落、連續跌落等多種不同工況提供全面的仿真解決方案。
FFlex適用于細長結構，可模擬彎曲和振動響應，并能與接觸算法耦合，相比剛體模型更接近真實工程行為。
3. 接觸建模：曲線-面接觸（FCurve-to-Surface）。 控制棒與導向管內壁之間采用FCurve-to-Surface接觸定義，以梁中心線為曲線、管內壁為面，支持摩擦計算和非線性接觸行為，特別適合管內運動類問題。
4. 核心難點突破：流體阻力建模。
時間：4月16日， 14:30-15:30
合作伙伴：武漢慧和聚成科技有限公司
地點：線上
費用：免費
立即報名
4月20日 | Ansys LS-DYNA基礎培訓
簡介：Ansys LS-DYNA作為顯式動力學分析的標桿軟件，其接觸算法直接影響仿真結果的準確性和可靠性。
■ AIFEM 前后處理效率顯著提升，EDA接口實現自動化建模與映射；腳本錄制支持流程自動化；接觸算法通過工程驗證；多物理場耦合與應力疲勞評估能力進一步完善。
■ AIPOD 新增軟件接口與版本超過20項，完成多項易用性改進，并支持流程嵌套與高性能計算平臺適配。
例如機器人精密傳動部件——諧波齒輪，RecurDyn可將柔輪作為非線性柔性體進行建模，并采用高精度的接觸算法，從而高效、真實地再現其在實際嚙合中的復雜彈性變形行為。
第三十二篇：諧響應分析算法
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1299983
第三十三篇：線性瞬態動力學
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1302074
第三十四篇：非線性瞬態分析
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1787283
第三十五篇：接觸求解算法
Job-3.inp
模型一直在提示這個錯，哪位大佬可以幫忙解決一下，有償，主要問題就在旋輪和坯料接觸的地方，接觸算法修改過，也不行，一上來就有錯，但是可以算，算一段時間后就因為錯誤而中斷了。
第一種方式使用預先計算的接觸公式，可以大大提高計算效率；后面三種使用高級的面對面接觸算法，提供更加精確和平滑的結果。
圖11 齒輪力定義
2.3 設置驅動和輸出扭矩：
定義圓柱齒輪的驅動和輸出扭矩。
對于螺栓連接，SimSolid 利用先進接觸算法，準確模擬接觸區域的壓力分布、摩擦行為及可能的相對滑移，計算螺栓在軸向、剪切、彎曲等載荷下的應力、應變分布，為工程師提供全面的評價指標。
3
主要內容
3.1 鋼節點連接
鋼節點設計的性能指標中，節點強度直接關乎整個鋼結構的穩定性與安全性。
